La embriómica es la identificación, caracterización y estudio de los diversos tipos de células que surgen durante la embriogénesis , especialmente en lo que se refiere a la ubicación y la historia del desarrollo de las células en el embrión. El tipo de célula puede determinarse según varios criterios: ubicación en el embrión en desarrollo , expresión génica indicada por marcadores de proteínas y ácidos nucleicos y antígenos de superficie , y también posición en el árbol embriogénico.
Existen numerosos marcadores celulares útiles para distinguir, clasificar, separar y purificar los numerosos tipos de células presentes en un momento dado en un organismo en desarrollo. Estos marcadores celulares consisten en ARN y proteínas seleccionados presentes en el interior y antígenos de superficie presentes en la superficie de las células que forman el embrión. Para cualquier tipo de célula dado, estos marcadores de ARN y proteínas reflejan los genes característicamente activos en ese tipo de célula. El catálogo de todos estos tipos de células y sus marcadores característicos se conoce como embrión del organismo . [ cita requerida ] La palabra es un acrónimo de embrión y genoma . "Embrioma" también puede referirse a la totalidad de los marcadores celulares físicos en sí.
A medida que un embrión se desarrolla a partir de un óvulo fertilizado , el óvulo único se divide en muchas células, que crecen en número y migran a los lugares apropiados dentro del embrión en los momentos apropiados durante el desarrollo. A medida que las células del embrión crecen en número y migran, también se diferencian en un número cada vez mayor de tipos celulares diferentes, convirtiéndose finalmente en los tipos de células estables y especializadas característicos del organismo adulto. Cada una de las células de un embrión contiene el mismo genoma , característico de la especie, [1] pero el nivel de actividad de cada uno de los muchos miles de genes que componen el genoma completo varía con el tipo de célula en particular (por ejemplo, neurona, célula ósea, célula de la piel, célula muscular, etc.) y lo determina.
Durante el desarrollo del embrión (embriogénesis) están presentes muchos tipos de células que no están presentes en el organismo adulto. Estas células temporales se denominan células progenitoras y son tipos celulares intermedios que desaparecen durante la embriogénesis al transformarse en otras células progenitoras, o en tipos celulares somáticos adultos maduros, o que desaparecen debido a la muerte celular programada ( apoptosis ).
Todo el proceso de embriogénesis se puede describir con la ayuda de dos mapas: un mapa del embrión, una secuencia temporal de imágenes tridimensionales del embrión en desarrollo, que muestra la ubicación de las células de los muchos tipos de células presentes en el embrión en un momento dado, y un árbol embriogénico, un diagrama que muestra cómo los tipos de células se derivan unos de otros durante la embriogénesis.
El mapa del embrión es una secuencia de imágenes tridimensionales, o cortes de imágenes tridimensionales, del embrión en desarrollo que, si se observan rápidamente en orden temporal, forman una vista en cámara lenta del embrión en crecimiento.
El árbol embriogénico es un diagrama que muestra el desarrollo temporal de cada una de las líneas celulares del embrión. Cuando se dibuja en una hoja de papel, este diagrama toma la forma de un árbol, análogo al árbol evolutivo de la vida que ilustra el desarrollo de la vida en la Tierra. Sin embargo, en lugar de que cada rama de este árbol represente una especie, como en el árbol de la vida, cada rama representa un tipo particular de célula presente en el embrión en un momento determinado. Y, por supuesto, un árbol embriogénico cubre el período de gestación de semanas o meses, en lugar de miles de millones de años, como en el caso del árbol evolutivo de la vida.
La embriogénesis humana es el referente en este caso, pero la embriogénesis en otras especies de vertebrados sigue de cerca el mismo patrón. El óvulo, tras la fecundación con un espermatozoide, se convierte en el cigoto, representado por el tronco en la parte más baja del árbol. Esta única célula cigoto se divide en dos, tres veces, formando primero un grupo de dos células, luego de cuatro y finalmente de ocho células. Una división celular más eleva el número de células a 16, momento en el que se denomina mórula, en lugar de cigoto. Esta bola de 16 células se reorganiza entonces en una esfera hueca llamada blastocisto. A medida que el número de células aumenta de 16 a entre 40 y 150, el blastocisto se diferencia en dos capas, una esfera exterior de células llamada trofoblasto y una masa celular interna llamada embrioblasto.
La capa externa de células esféricas (trofoblasto), después de la implantación en la pared del útero , se diferencia y crece aún más para formar la placenta .
Las células de la masa celular interna (embrioblasto), que se conocen como células madre embrionarias humanas (hESC), se diferenciarán aún más para formar cuatro estructuras: el amnios , el saco vitelino , el alantoides y el embrión mismo. Las células madre embrionarias humanas son pluripotentes, es decir, pueden diferenciarse en cualquiera de los tipos celulares presentes en el ser humano adulto, y en cualquiera de los tipos de células progenitoras intermedias que finalmente se convierten en las líneas celulares adultas. Las hESC también son inmortales, ya que pueden dividirse y crecer en número indefinidamente, sin sufrir ni diferenciación ni envejecimiento celular (senescencia celular).
La primera diferenciación de las células madre embrionarias que forman el embrión propiamente dicho se produce en tres tipos de células conocidas como capas germinales: el ectodermo , el mesodermo y el endodermo . El ectodermo acaba formando la piel (incluidos el pelo y las uñas), las mucosas y el sistema nervioso. El mesodermo forma el esqueleto y los músculos, el corazón y el sistema circulatorio, los sistemas urinario y reproductivo y los tejidos conectivos del interior del cuerpo. El endodermo forma el tracto gastrointestinal (estómago e intestinos), el tracto respiratorio y el sistema endocrino (hígado y glándulas endocrinas ).
Un objetivo primordial de la embriología es el mapeo completo del árbol embriogénico: identificar cada uno de los tipos de células presentes en el embrión en desarrollo y ubicarlos en el árbol en su rama correspondiente. Existe una cantidad desconocida, probablemente miles, de tipos de células distintos presentes en el embrión en desarrollo, incluidas las líneas de células progenitoras que solo están presentes temporalmente y que desaparecen ya sea por diferenciación en los tipos de células somáticas permanentes que componen los tejidos del cuerpo del bebé al nacer (o en otras líneas de células progenitoras), o por sufrir el proceso de muerte celular programada conocido como apoptosis.
Cada tipo de célula se define por los genes que son característicamente activos en ese tipo de célula. Un gen particular en el genoma de una célula codifica la producción de una proteína particular , es decir, cuando ese gen se activa, la proteína codificada por ese gen se produce y está presente en algún lugar de la célula. La producción de una proteína particular implica la producción de una secuencia particular de ARNm ( ARN mensajero ) como un paso intermedio en la síntesis de proteínas. Este ARNm se produce mediante un proceso de copia llamado transcripción , a partir del ADN en el núcleo de la célula. El ARNm así producido viaja desde el núcleo hasta el citoplasma, donde encuentra y se adhiere a los ribosomas pegados al lado citoplasmático del retículo endoplasmático . La unión de la cadena de ARNm al ribosoma inicia la producción de la proteína codificada por la cadena de ARNm. Por lo tanto, el perfil de genes activos en una célula se refleja en la presencia o ausencia de proteínas y cadenas de ARNm correspondientes en el citoplasma de la célula, y proteínas antigénicas presentes en la membrana externa de la célula. Por lo tanto, descubrir, determinar y clasificar las células según su tipo implica detectar y medir el tipo y la cantidad de proteínas específicas y moléculas de ARN presentes en las células.
Además, el mapeo del árbol de la embriogénesis implica asignar a cada tipo celular específico e identificable una rama o lugar particular en el árbol. Esto requiere conocer la “ascendencia” de cada tipo celular, es decir, qué tipo celular lo precedió en el proceso de desarrollo. Esta información se puede deducir observando en detalle la distribución y ubicación de las células, por tipo, en el embrión en desarrollo, y observando también, en células que crecen en cultivo (“ in vitro ”), cualquier evento de diferenciación, si se produce por cualquier razón, y por otros medios.
Las células, en particular las embrionarias, son sensibles a la presencia o ausencia de moléculas químicas específicas en su entorno. Esta es la base de la señalización celular y, durante la embriogénesis, las células "se comunican entre sí" emitiendo y recibiendo moléculas de señalización . Así es como se organiza y controla el desarrollo de la estructura del embrión. Si se han extraído células de una línea particular del embrión y están creciendo solas en una placa de Petri en el laboratorio, y se colocan algunas sustancias químicas de señalización celular en el medio de crecimiento que baña las células, esto puede inducir a las células a diferenciarse en un tipo de célula "hija" diferente, imitando el proceso de diferenciación que ocurre naturalmente en el embrión en desarrollo. Inducir artificialmente la diferenciación de esta manera puede proporcionar pistas sobre la ubicación correcta de una línea celular particular en el árbol embriogénico, al observar qué tipo de célula resulta de la inducción de la diferenciación.
En el laboratorio, las células madre embrionarias humanas que crecen en cultivo pueden ser inducidas a diferenciarse en células progenitoras mediante la exposición de las hESC a sustancias químicas (por ejemplo, factores de crecimiento y diferenciación de proteínas) presentes en el embrión en desarrollo. Las células progenitoras así producidas pueden luego aislarse en colonias puras, cultivarse en cultivo y luego clasificarse según el tipo y las posiciones asignadas en el árbol embriogénico. Estos cultivos purificados de células progenitoras pueden usarse en investigación para estudiar procesos patológicos in vitro, como herramientas de diagnóstico o potencialmente desarrollarse para su uso en terapias de medicina regenerativa. [2]
La embriómica es la ciencia fundamental que sustenta el desarrollo de la medicina regenerativa . La medicina regenerativa implica el uso de células, tejidos y órganos especialmente cultivados como agentes terapéuticos para curar enfermedades y reparar lesiones, y surge del desarrollo de la tecnología de clonación de mamíferos. [3] Otros métodos médicos y quirúrgicos pueden utilizar productos químicos ( fármacos ) como agentes terapéuticos, o implicar la extracción de tejido lesionado o enfermo ( cirugía ), o utilizar tejidos u órganos insertados ( cirugía de trasplante ). El uso de tejidos u órganos trasplantados en medicina no se clasifica como medicina regenerativa, porque los tejidos y órganos no se cultivaron específicamente para su uso como agentes terapéuticos.
En definitiva, uno de los objetivos de la medicina regenerativa y de la embriómica aplicada es la creación de células, tejidos y órganos cultivados a partir de células extraídas del paciente que se va a tratar. Esto se lograría reprogramando células madre o somáticas adultas extraídas del paciente, de modo que estas células vuelvan al estado pluripotente embrionario. [4] [5] [6] Estas células madre sintéticas se cultivarían y se diferenciarían en el tipo de célula adecuado indicado para tratar la enfermedad o lesión del paciente. Las ventajas aquí sobre las terapias actuales son: eliminación del rechazo inmunológico que acompaña al trasplante de aloinjerto , creación de un complemento completo de células, tejidos y órganos según sea necesario, y creación de células, tejidos y órganos jóvenes para trasplante y rejuvenecimiento .
La tecnología para el cultivo de células, tejidos y órganos destinados a la medicina regenerativa se puede desarrollar utilizando como guía el curso natural del desarrollo de esas células, tejidos y órganos durante la embriogénesis. Por lo tanto, el conocimiento detallado del embrión completo y del árbol embriogénico es clave para desarrollar todo el potencial de la medicina regenerativa.
La embriómica también incluye la aplicación de datos y teorías embrionarias al desarrollo de métodos prácticos para evaluar, clasificar, cultivar, purificar, diferenciar y manipular células embrionarias humanas.